JP2012149980A - ガイド波検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガイド波を用いた配管検査において、新たな基準反射部材を設置せずに、センサの設置毎の受信感度変化を校正し、欠陥サイズを高精度に評価可能とする技術を提供すること。
【解決手段】測定対象の円筒形状構造物の溶接部分の断面形状を設定してガイド波周波数に依存する第１の反射率を求める第１のステップと、円筒形状構造物の溶接部分の位置に出現する複数の反射波信号から第１の減衰信号を求める第２のステップと、欠陥として測定すべき第２の反射率を設定し第１の反射率で校正して第２の減衰信号を求める第３のステップと、センサを設置してガイド波を送受信する第４のステップと、第４のステップにより得られた反射波の大きさと第２の減衰信号とから欠陥と認定すると共に、そのときの第３の反射率を求める第５のステップと、第５のステップの第３の反射率から欠陥の大きさを得る第６のステップからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、配管やタンクなどの円筒形状構造物に発生する減肉や傷を、ガイド波を用いて非破壊的に検出するためのガイド波検査方法および装置に関する。

発電プラント及び化学プラント等のプラントの配管、石油を輸送するパイプラインのパイプ、製油所内のパイプ、さらには地中に埋設されている水道管及びガス管等の配管は、施設してから長期間が経過すると、内外面からの腐食または侵食に起因した劣化が進行する。ついには、その腐食または侵食が配管の肉厚を貫通するまでに至る。この場合には、液体及び蒸気といった配管内を流れる流体が外部に漏洩してしまう。このような状態を避けるため、配管の非破壊検査を定期的に行って配管の肉厚を評価し、内部流体の漏洩が生じる前に、配管の交換（または補修）といった対策を施す必要がある。

配管の肉厚を検査する非破壊測定手段の代表的なものに、超音波厚さ計がある。超音波厚さ計は配管の肉厚を測定する装置である。超音波厚さ計は、一般には、電気と音響を相互に変換する圧電素子を有する超音波センサを用いる。超音波センサを、配管外面に設置して、検査対象の配管にバルク波（縦波や横波といった弾性波）を励起し、配管内面で反射した弾性波を同一もしくは別の超音波センサで受信して配管の肉厚を測定する。

この超音波厚さ計は、配管の中心方向の肉厚の検査をするには適しているが、検査範囲が狭いために、長尺の配管の長手方向に対する検査には長い時間を要する。また、超音波厚さ計を用いた検査は、保温材が取り巻いている配管を対象にする場合には肉厚測定箇所ごとで保温材を取り除く必要がある。このため、検査前の保温材の取り外し、検査後の保温材の取り付け作業に要する時間も多大になる。また、コンクリート及び地中に埋設された配管の検査も容易ではない。

超音波厚さ計のそのような課題に対する一つの対応策として、ガイド波（配管や板のように境界面を有する物体中を、反射やモード変換しながら進行する縦波、横波の干渉によって形成される弾性波）を用いた配管の非破壊検査が提案されている。ガイド波を用いた非破壊検査は、配管の長距離区間を一括して検査することができる。ガイド波を用いることにより、保温材を取り外す箇所も著しく低減される。

ガイド波を用いた非破壊検査装置では、測定対象と同等サイズの校正試験体を準備することが困難であるため、実際の検査対象を用いて検出感度を校正することが重要な課題となる。

この課題を解決する方法として、基準反射部材を接触・固定する方法が提案されている。例えば、特許文献１では、検査する配管のガイド波センサ設置位置から離れた配管位置の円筒状部材（配管）の内面又は外面の一部分に、基準反射部材を接触，固定しておく。そのうえで、ガイド波センサからガイド波を送信し、このガイド波に対する基準反射部材接触部位からの反射信号を受信する。受信した反射信号の振幅を基準信号として予め準備する。実際の探傷検査においては、ガイド波を用いた実検査の測定で得られた反射信号の振幅を、先に求めた基準信号と比較することで、欠陥又は減肉の大きさ又は量を推定する。

別の手段として、溶接線等を用いた校正方法が提案されている。例えば、特許文献２では、既知の溶接部で反射する反射ガイド波を検出し、反射ガイド波の強度と溶接部が配管の表面から突出している突出高さとの関係を求め、検査用反射ガイド波の強度とに基づいて健全性を評価する。

特開２００９−２９３９８１号公報 特開２０１０−５４４６７号公報

上記の特許文献１に記載された非破壊検査方法では、例えば、基準反射部材を接触・固定するために、保温材付き配管などで保温材を撤去する手間がかかり、必ずしも全ての配管に容易に適用できる訳ではない。

また、特許文献２に記載された非破壊検査方法では、溶接線形状に対する周波数と感度の関係が明確でないため、校正精度に改善の余地がある。

本発明の目的は、ガイド波を用いた配管検査において、新たな基準反射部材を設置せずに、センサの設置毎の受信感度変化を校正し、欠陥サイズを高精度に評価可能とする技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明の特徴は、溶接部分を含む円筒形状構造物にガイド波を印加し、その反射波を用いて構造物の欠陥の大きさを検出する方法おいて、測定対象の円筒形状構造物の溶接部分の断面形状を設定してガイド波周波数に依存する第１の反射率を求める第１のステップと、円筒形状構造物の溶接部分の位置に出現する複数の反射波信号から第１の減衰信号を求める第２のステップと、欠陥として測定すべき第２の反射率を設定し第１の反射率で校正して第２の減衰信号を求める第３のステップと、センサを設置してガイド波を送受信する第４のステップと、第４のステップにより得られた反射波の大きさと第２の減衰信号とから欠陥と認定すると共に、そのときの第３の反射率を求める第５のステップと、第５のステップの第３の反射率から欠陥の大きさを得る第６のステップからなる。

また、第１のステップでは、溶接部分の断面形状として溶接部分の余盛を含む厚さと、余盛部の長さで設定する。

また、ガイド波周波数に依存する第１の反射率を振幅と周波数区間で定義し、溶接部分の余盛を含む厚さで振幅を定め、余盛部の長さで周波数区間を定める。

また、ガイド波周波数に対する反射率の特性上に複数の欠陥断面積比特性を有し、ガイド波周波数と、第３の反射率とから欠陥断面積比を求める。

上記目的を達成するための本発明の特徴は、配管の円周方向に配列される複数の第一の超音波探触子を有した第一の超音波探触子列と、第一の超音波探触子列から長手方向に所定距離離れ、配管の円周方向に配列される複数の第二の超音波探触子を有した第二の超音波探触子列と、配管の長手方向の一方側にガイド波を伝搬させるように、第一の超音波探触子列と第二の超音波探触子列へ印加する発信信号の印加時刻を相対的にずらすと共に、ガイド波の反射波を電気的な受信信号として得る送受信手段と、受信信号に基づいて配管の欠陥を検出する処理装置と、画像表示手段とを含む配管検査装置において、処理装置は、配管の溶接部分の断面形状を設定してガイド波周波数に依存する第１の反射率を求める第１の手段と、配管の溶接部分の位置に出現する複数の反射波信号から第１の減衰信号を求める第２の手段と、欠陥として測定すべき第２の反射率を設定し前記第１の反射率で校正して第２の減衰信号を求める第３の手段と、超音波探触子から得られた反射波の大きさと第２の減衰信号とから欠陥と認定すると共に、そのときの第３の反射率を求める第４の手段と、第４の手段の第３の反射率から欠陥の大きさを得る第５の手段からなる。

また、画像表示手段には、配管の溶接部分の断面形状とその設定値、ガイド波周波数と第１の反射率、反射波と減衰信号が表示される。

また、第１の手段では、溶接部分の断面形状として溶接部分の余盛を含む厚さと、余盛部の長さで設定し、画像表示手段に表示する。

本発明によれば、接触・固定による基準反射源を用いることができない配管（例えば、センサ設置個所以外は保温材で覆われた配管、表面が荒れた配管）において、センサの受信感度を高精度に校正することができ、欠陥サイズを高精度に評価可能になる。

本発明の実施例における配管検査方法を示すフローチャート。 本実施例の配管検査方法に用いられる配管検査装置を示す図。 ガイド波送受信器４の詳細な構成を示す図。 溶接線形状を与える設定画面の例を示す図。 反射率解析結果画面の例を示す図。 図１ステップＳ１０３の詳細動作を示すフローチャート。 溶接線信号の振幅を校正する画面の例を示す図。 欠陥の一例として減肉の形状と寸法を説明する図。 ガイド波の周波数と減肉での反射率の関係を説明する図。 ガイド波の周波数と減肉での反射率の関係を説明する図。

以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。

本実施例の配管検査方法に用いられる配管検査装置１０を、図２を用いて説明する。配管検査装置１０は、超音波探触子列１，２を含むガイド波センサ３、ガイド波送受信器４、アナログ／テジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）５、コンピュータ６及び表示装置７を備える。

このうち、超音波探触子列１は、複数の超音波探触子（以下、単に探触子という）、例えば、４個の超音波探触子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを有する。超音波探触子列２も、複数の探触子、例えば、４個の探触子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを有する。超音波探触子列を構成する各探触子は、それぞれ送受信機能を有しており、単独の探触子で構成される。

なお、各探触子は、複数の探触子を並列接続して（または送信用の探触子及び受信用の探触子を並列接続）構成することも可能である。探触子１ａ〜１ｄ及び２ａ〜２ｄは、同じ数の探触子を有することが望ましい。超音波探触子列１，２にそれぞれ含まれる各探触子は、配管９にガイド波を発生させるもので、例えば圧電素子によって構成されている。また、超音波探触子列を構成する各探触子は、配管の所定位置の円周方向に沿って配置され、かつ２組の超音波探触子列は、探傷検査に使用するガイド波の波長λの１／４に相当する距離だけ離すことを基本として設置される。これにより、配管の超音波探触子設置位置に対して一方方向のみの探傷を効率的に行うことが可能となる。

ガイド波送受信器４は、ガイド波を送信するために各探触子に送信波形（送信信号）を印加し、さらに各探触子からの受信波形（受信信号）を増幅する手段である。ガイド波送受信器４の詳細な構成を、図３を用いて以下に説明する。

ガイド波送受信器４は、図３に示すように、制御器２１と、超音波探触子列１用の信号発生器２２ａ、パワーアンプ２３ａ及び素子切替器２４ａと、超音波探触子列２用の信号発生器２２ｂ、パワーアンプ２３ｂ及び素子切替器２４ｂを備えている。信号発生器２２ａ，２２ｂ、パワーアンプ２３ａ，２３ｂ及び素子切替器２４ａ，２４ｂは、超音波探触子列１，２の該当する各探触子からガイド波を送信させるための機構である。ガイド波送受信器４は、さらに、超音波探触子列１，２の各探触子によって受信した各受信信号（ガイド波の反射信号）を入力する素子切替器２５及び受信アンプ２６を備えている。

信号発生器２２ａ，２２ｂは制御器２１にそれぞれ接続される。信号発生器２２ａはパワーアンプ２３ａを介して素子切替器２４ａに接続される。制御器２１は素子切替器２４ａにも接続されている。探触子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのそれぞれは素子切替器２４ａに接続される。素子切替器２４ａは、制御器２１からの切替指令に基づいて、パワーアンプ２３ａと各探触子１ａ〜１ｄのそれぞれとの接続を切り替える。

信号発生器２２ｂはパワーアンプ２３ｂを介して素子切替器２４ｂに接続される。制御器２１は素子切替器２４ｂにも接続される。探触子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのそれぞれは素子切替器２４ｂに接続される。素子切替器２４ｂは、制御器２１からの切替指令に基づいて、パワーアンプ２３ｂと各探触子２ａ〜２ｄのそれぞれとの接続を切り替える。

探触子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの素子切替器２４ａ，２４ｂへの接続は、同軸ケーブルを介して行われる。受信アンプ２６に接続された素子切替器２５は、各探触子１ａ〜１ｄ及び２ａ〜２ｄに接続される。各探触子１ａ〜１ｄ及び２ａ〜２ｄの素子切替器２５への接続も、同軸ケーブルを介して行われる。制御器２１も素子切替器２５に接続されている。素子切替器２５は、制御器２１からの切替指令に基づいて、受信アンプ２６と探触子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのそれぞれとの接続を切り替える。受信アンプ２６は同軸ケーブルによりＡ／Ｄ変換器５に接続されている。

図２に戻り、Ａ／Ｄ変換器５は、アナログ信号であるガイド波の受信波形をテジタル信号であるテジタル波形に変換する機能を有する。Ａ／Ｄ変換器５は、例えば、市販の外付けＡ／Ｄ変換器、またはコンピュータ組み込み式のボードタイプのＡ／Ｄ変換器が利用される。

コンピュータ６は、中央制御装置６ａ及び信号処理装置６ｂとして機能する。Ａ／Ｄ変換器５は、受信アンプ２６から出力された各受信信号（受信波形）をテジタル信号に変換してコンピュータ６に含まれる信号処理装置６ｂに入力する。中央制御装置６ａは、ガイド波送信指令等の制御指令を制御器２１に出力する。

表示装置７は、信号処理装置６ｂで生成された画像情報等の表示情報を、さらに、必要に応じて、信号処理装置６ｂがＡ／Ｄ変換器５から入力するテジタル信号（受信アンプ２６からの出力信号に対応）をそのまま表示する。

配管検査装置１０を用いた配管の検査方法を、図１のフローチャートを用いて以下に説明する。図１のフローチャートを実施するに先立ち、まず、探傷検査のための準備を行う。準備段階においては、図２において各超音波探触子列１，２の各探触子を、配管９の検査箇所に配置する。すなわち、超音波探触子列１は、検査対象である配管９のある検査位置に配置される。超音波探触子列２は、配管９の軸方向において、超音波探触子列１から所定間隔λ／４だけ離れた位置を基本として配置される。なお、超音波探触子列１，２の各探触子を配管９の周方向に配置する際には、配管９を取り巻いている保温材の一部を予め取り外す。

なお、本発明で検査の対象とする配管は、図２の９で示すような一般的な配管であり、その他にはタンクなどの円筒形状構造物に広く適用可能である。配管９は、一般的な配管がそうであるように、管端９ａ、溶接部９ｃを備える。また、この配管９には、減肉部またはき裂９ｂがあるものとする。

図１のフローチャートにおいては、各探触子の配管９の周方向への配置が完了した後、オペレータは、ステップＳ１０１において、入力装置（図示せず）を用いて中央制御装置６ａに測定対象である図２の配管９の厚さと、溶接部９ｃの溶接線断面形状を入力する。

図４は、図１の表示装置７に表示される画面を示しており、このうち図４ａは、測定対象９の厚さと、溶接部９ｃの溶接線断面形状を入力するための条件設定画面１００の例である。条件設定画面１００は、溶接線形状表示画面１０１と、形状入力画面１０２とから構成されている。このうち、画面１０１は、配管９の厚さと、溶接部９ｃの溶接部分の形状が図示され、画面１０２では、配管９の厚さと、溶接部９ｃの溶接部分の形状についての各部数値の入力値が表示されている。

溶接部９ｃの溶接線の断面形状は、通常、配管に対して軸対称なので、中心軸を含む断面での形状を与えることになる。形状の入力値は、例えば、厚さｄ１、余盛高さｄ２、余盛軸長さｌ１、裏波高さｄ３、裏波軸長さｌ２等の数値で与え、円弧で近似することで形状を決定する。曲線の近似は円弧以外でも可能であり、実際の溶接線形状に近い方が望ましい。形状を比較的良く模擬した点群データで与えることも可能である。なお、形状入力画面１０２で各部数値を入力したときに、この入力結果が表示画面１０１の形状に反映されるようにするのがよい。

次に、オペレータは、ステップＳ１０２において入力装置（図示せず）から中央制御装置６ａに、反射率計算の指示を与え、中央制御装置６ａは周波数情報を考慮した反射率を計算する。

図４ｂは、反射率の計算結果が表示装置７に出力された例を示す表示画面（反射率解析結果表示画面１０３）である。画面１０３は、横軸にガイド波の周波数、縦軸にこの周波数のときの反射率を示している。ステップＳ１０１で与えた形状の溶接部９ｃの溶接線でのガイド波の反射率は、周波数によって周期的に変化する傾向になる。ここでは、例えば、周波数４０ｋＨｚのガイド波を用いた場合では、反射率が管端９ａのような全反射部位からの反射波を１００％としたときに、溶接部９ｃの溶接線からの反射波は、その振幅比で１５％であることが計算から得られる。

なお、画面１０３において、解析値Ｗの極大値Ｗ１は、画面１０２で入力した溶接部９ｃの溶接線の断面形状を示す数値のうち、主に厚さｄ１、余盛高さｄ２、裏波高さｄ３の関数として定まり、区間Ｗ２は、余盛軸長さｌ１、裏波軸長さｌ２の関数として定まる。

これまでの説明で明らかなように、溶接部９ｃは一般的な配管には必ずと言ってよいほど存在し、かつその位置も事前に把握可能である。かつ溶接部９ｃからの反射波の振幅が全反射部位からの反射波の比として計算できている。従って、溶接部９ｃからの反射波の振幅を基準として、減肉部またはき裂９ｂからの反射波の振幅を評価することで、位置は勿論のこと、大きさの情報を得ることができる。以下のステップでは、反射波から、これらの情報を得る。

次にオペレータは、ステップＳ１０３において、中央制御装置６ａに検査開始信号を入力する。ここでの動作を、図５を用いて詳細に説明する。

検査開始信号を入力した図２の中央制御装置６ａは、図５に示すステップＳ１０３１、Ｓ１０３２、Ｓ１０３４の各処理を実行する。なお、信号処理装置６ｂは、図５に示すステップＳ１０３３、Ｓ１０３５の各処理を実行する。

ステップＳ１０３１において、まず中央制御装置６ａは、超音波探触子列２に対する各ガイド波送信指令（送信制御信号）を出力する。

超音波探触子列２に対するガイド波送信指令を入力した図３の制御器２１は、素子切替器２４ｂに切替指令（切替制御信号）を出力する。素子切替器２４ｂは、入力した切替指令に基づいて、探触子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを実質的に同時にパワーアンプ２３ｂに接続する。ガイド波送信指令を入力した制御器２１は、信号発生器２２ｂに、それぞれ、探触子２ａ〜２ｄに対する第２励起指令（第２励起制御信号）を出力する。信号発生器２２ｂは、それらの第２励起指令に基づいて探触子２ａ〜２ｄに対する第２励起信号をそれぞれ出力する。パワーアンプ２３ｂは、それらの第２励起信号を増幅する。増幅された各第２励起信号は、上記したように切り替えられる素子切替器２４ｂを介して該当する探触子２ａ〜２ｄに実質的に同時に印加される。探触子２ａ〜２ｄは、第２励起信号をそれぞれ入力する。

次に、中央制御装置６ａは、ステップＳ１０３２において、超音波探触子列１に対する各ガイド波送信指令（送信制御信号）を出力する。

素子切替器２４ａは、切替指令に基づいて、探触子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを実質的に同時にパワーアンプ２３ａに接続する。ガイド波送信指令を入力した制御器２１は、信号発生器２２ａに、それぞれ、探触子１ａ〜１ｄに対する第１励起指令（第１励起制御信号）を出力する。信号発生器２２ａは、それらの第１励起指令に基づいて探触子１ａ〜１ｄに対する第１励起信号をそれぞれ出力する。パワーアンプ２３ａは、それらの第１励起信号を増幅する。増幅された各第１励起信号は、上記したように切り替えられる素子切替器２４ａを介して該当する探触子１ａ〜１ｄに実質的に同時に印加される。探触子１ａ〜１ｄは、第１励起信号をそれぞれ入力する。

この場合に、探触子１ａ〜１ｄに入力される第１励起信号は、探触子２ａ〜２ｄに入力される第２励起信号よりも、ガイド波が配管９において超音波探触子列２と超音波探触子列１の間の距離を伝搬するのに要する時間（以下、遅延時間という）だけ遅延され、絶対値が同じで符号が逆転されている。この遅延は、制御器２１から信号発生器２２ａに第１励起指令を出力する時点を、制御器１１から信号発生器２２ｂに第２励起指令を出力した時点から上記した遅延時間だけ遅らせることによって達成できる。

探触子１ａ〜１ｄに入力される第１励起信号を、探触子２ａ〜２ｄに入力される第２励起信号よりも、上記の遅延時間だけ遅延させているため、図２において、超音波探触子列１，２よりも右側に進行するガイド波の振幅を同位相で増大させることが可能になり、超音波探触子列１，２よりも左側に進行するガイド波の振幅を逆位相で減少させることが可能になる。

なお、探触子２ａ〜２ｄに入力される第２励起信号は、探触子１ａ〜１ｄに入力される第１励起信号と符号が同一であり、探触子１ａ〜１ｄに入力される第１励起信号よりも上記の遅延時間だけ逆に遅らせてもよい。これによって、第１励起信号が実質的に同時に印加された探触子１ａ〜１ｄ及び第２励起信号が実質的に同時に印加された探触子２ａ〜２ｄは、振動することによって配管９にガイド波をそれぞれ発生させる。これらのガイド波８は配管９の軸方向に伝搬する。

図２において、軸方向に伝搬したガイド波８は、配管９に管端部９ａ、減肉部またはき裂９ｂ、溶接部９ｃが存在する場合には、ガイド波８はそこで反射されて反射波（反射信号）となって逆方向に進行する。この反射波は、超音波探触子列１，２の探触子によって受信される。

ステップＳ１０３３においては、片側の超音波探触子列からの受信信号を受信する。素子切替器２５は、制御器２１からの切替指令に基づいた切替え操作により、探触子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを実質的に同時に受信アンプ２６に接続する。探触子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄで受信された受信信号（受信波形）は、素子切替器２５を経て受信アンプ２６に入力され、受信アンプ２６によって増幅される。増幅された受信信号は、Ａ／Ｄ変換器５に伝えられる。Ａ／Ｄ変換器５は、入力した受信信号をそれぞれディジタル信号に変換する。制御器２１は、入力したガイド波送信指令に基づいてＡ／Ｄ変換器５に対してトリガ信号を出力している。Ａ／Ｄ変換器５は、このトリガ信号を入力した後、アナログ信号である受信信号のディジタル信号への変換を開始する。コンピュータ６の信号処理装置６Ｂは、Ａ／Ｄ変換器５から出力されたディジタル信号（ディジタル化された受信信号）を入力する。これらのディジタル信号はコンピュータ６の記憶装置（図示せず）に記憶される。

次に、ステップＳ１０３４において、両方の超音波探触子列で受信信号を入力したかを判定する。中央制御装置６ａは、信号処理装置６ｂで入力した各ディジタル信号の入力情報を信号処理装置６ｂから入力する。これらのディジタル信号は個々の超音波探触子列に対応している。中央制御装置６ａは、各ディジタル信号の入力情報に基づいて、両方の超音波探触子列で受信信号を入力したかを判定する。この判定結果が「ＹＥＳ」であればステップＳ１０３５の処理を実行し、その判定結果が「ＮＯ」であればステップＳ１０３１の処理を実行する。

ステップＳ１０３１〜Ｓ１０３４の処理の繰り返しにより、信号処理装置６ｂは、両方の超音波探触子列、超音波探触子列１及び超音波探触子列２の両方から出力された各受信信号に対する各ディジタル信号を入力する。それらの受信信号は、同じ反射源（例えば、配管９の管端部９ａ、減肉部９ｂ及び溶接部９ｃ）からの反射信号である。

ステップＳ１０３５において、信号処理装置６ｂは、上記した「ＹＥＳ」の判定情報を中央制御装置６ａから入力したとき、各受信信号を合成する。このステップＳ１０３５における各受信信号の合成処理は、図２において超音波探触子列１，２よりも右側から超音波探触子列１，２に向かって伝搬してくるガイド波を抽出する処理である。

以上の図５の一連の処理により、図１のガイド波の送受信ステップ（ステップＳ１０３）が終了する。これが終了すると、図１に戻りステップＳ１０４以降の処理を実行する。ステップＳ１０４以降では、反射波の解析により減肉部９ｂの位置と大きさを求める。

次に、オペレータは、図５のステップＳ１０３で得られた合成信号から、溶接部９ｃの溶接線の信号（信号の出現位置は、あらかじめ図面や目視で確認しておくことが可能）を選択し、中央制御装置６ａに入力する（ステップＳ１０４）。

そのときの表示装置９の画面表示の一例（反射波表示画面１０４）を図６に示す。図６において、反射波表示画面１０４の下部に示したのが、検査対象配管９であり、管端部９ａと１つの減肉部９ｂと３つの溶接部９ｃ（９ｃ１，９ｃ２，９ｃ３）を有する。反射波表示画面１０４は、横軸にセンサからの配管距離、縦軸に振幅を示しており、ここには３つの溶接部９ｃ（９ｃ１，９ｃ２，９ｃ３）からの反射波を意味する
溶接線信号３１、３２、３３が表示される。また、反射波表示画面１０４には、減肉部９ｂからの反射波を意味する信号３６も表示される。

反射波表示画面１０４には、当初溶接線信号３１、３２、３３と減肉部の信号３６がパルス状に表示されている。これらの大きさ（振幅）は様々であるが、配管９上の溶接部位置が判明しているので、どれが溶接線信号であるのかは、容易に見分けが付く。

オペレータは、このうち、例えば、溶接線信号３１と信号３２を選択する。これによって、信号３３も通過する距離減衰曲線３４が描画される。距離減衰曲線３４は、信号３１と信号３２の振幅値を通る減衰曲線として描画する。この距離減衰曲線３４は、先にステップＳ１０２において求めた溶接線からの反射率１５％のときの減衰曲線である。

また、この距離減衰曲線３４を基準に、欠陥を抽出するしきい値となる距離減衰曲線が決定される。例えば、欠陥を抽出するしきい値を反射率３％と仮定する。距離減衰曲線３５は、距離減衰曲線３４が反射率１５％であることから、比例的に描画した曲線である。減肉部９ｂからの反射波３６は、この反射率３％の距離減衰曲線３５と比較される。

次に、中央制御装置６ａは、距離減衰曲線３５を超える信号を抽出する（ステップＳ１０５）。図６では、信号３６が抽出される。信号３６の信号レベルは、距離減衰曲線３５の比で反射率として測定される。図の例では例えば信号３６の信号レベルは、４％であったとする。

最後に、オペレータは、ステップＳ１０６において、信号３６の反射率に基づき、欠陥の断面積比を評価する。このときも、欠陥の形状、特にガイド波伝搬方向の長さによって、反射率が変化するので、ステップＳ１０１からステップＳ１０２と同等の方法を用いる。ただし、減肉の形状は、溶接線と異なり局所的であり、配管に対して軸対称でないケースが多い。

その形状は、例えば、図７に示すようなパラメータで球体の一部として与えることができる。図７の例では、欠陥はガイド波伝搬方向の長さｂと、これに直交する方向の長さａと、深さｃと半径ｒで定義される。このうち、図６の欠陥からの反射波３６の大きさ（４％）は、ガイド波伝搬方向の長さｂと欠陥の断面積比（欠陥の断面積Ｓを配管の断面積Ｓ_０で除した値）で決定される。

図８ａは、ガイド波の送信周波数（先の例では４０ｋＨｚ）と反射率の軸上に、ガイド波伝搬方向の長さｂを１０ｍｍとして欠陥の断面積比をパラメータとして反射率を示した図であり、予め求めておく。本事例の場合にはガイド波の周波数が４０ｋＨｚ、欠陥からの反射波３６の大きさが４％であるので、第８図ａからは断面積比１０％程度の欠陥と推定できる。さらに有効な方法としては、図８ｂのように、ガイド波の周波数が４０ｋＨｚ、欠陥からの反射波３６の大きさが４％を示した場合に、予め求めておいたガイド波伝搬方向の長さｂをパラメータとした複数の反射率を参照する。このようなデータを参照し、かつ４０ｋＨｚ近傍で周波数を変化させて測定することにより、ガイド波伝搬方向の長さｂと欠陥の断面積比を推定することができる。

以上、説明したように、本実施例においては、配管に存在する溶接線のような形状不連続部を用いて、その周波数特性を考慮して校正を行うので、センサの受信感度を高精度に校正することができ、欠陥サイズを高精度に評価可能になる。特に、センサ設置個所以外は保温材で覆われた配管のように基準反射部材を用いることができないケースや、表面が荒れた配管などのように基準反射部材の設置が難しいケースにおいて、高い精度で欠陥サイズを評価できる。

１、２：超音波探触子列
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ：超音波探触子
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ：超音波探触子
３：ガイド波センサ
４：ガイド波送受信器
５：Ａ／Ｄ変換器
６：コンピュータ
６ａ：中央制御装置
６ｂ：信号処理装置
７：表示装置
８：ガイド波
９：配管
１０：配管検査装置

Claims (9)

1. 溶接部分を含む円筒形状構造物にガイド波を印加し、その反射波を用いて構造物の欠陥の大きさを検出する方法において、
   測定対象の円筒形状構造物の溶接部分の断面形状を設定してガイド波周波数に依存する第１の反射率を求める第１のステップと、前記円筒形状構造物の溶接部分の位置に出現する複数の反射波信号から第１の減衰信号を求める第２のステップと、欠陥として測定すべき第２の反射率を設定し前記第１の反射率で校正して第２の減衰信号を求める第３のステップと、センサを設置してガイド波を送受信する第４のステップと、該第４のステップにより得られた反射波の大きさと前記第２の減衰信号とから欠陥と認定すると共に、そのときの第３の反射率を求める第５のステップと、第５のステップの第３の反射率から欠陥の大きさを得る第６のステップからなることを特徴とするガイド波検査方法。
2. 請求項１に記載のガイド波検査方法において、
   第１のステップでは、溶接部分の断面形状として溶接部分の余盛を含む厚さと、余盛部の長さで設定することを特徴とするガイド波検査方法。
3. 請求項２に記載のガイド波検査方法において、
   ガイド波周波数に依存する第１の反射率を振幅と周波数区間で定義し、溶接部分の余盛を含む厚さで振幅を定め、余盛部の長さで周波数区間を定めることを特徴とするガイド波検査方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のガイド波検査方法において、
   ガイド波周波数に対する反射率の特性上に複数の欠陥断面積比特性を有し、前記ガイド波周波数と、前記第３の反射率とから欠陥断面積比を求めることを特徴とするガイド波検査方法。
5. 配管の円周方向に配列される複数の第一の超音波探触子を有した第一の超音波探触子列と、前記第一の超音波探触子列から長手方向に所定距離離れ、配管の円周方向に配列される複数の第二の超音波探触子を有した第二の超音波探触子列と、前記配管の長手方向の一方側にガイド波を伝搬させるように、前記第一の超音波探触子列と第二の超音波探触子列へ印加する発信信号の印加時刻を相対的にずらすと共に、前記ガイド波の反射波を電気的な受信信号として得る送受信手段と、前記受信信号に基づいて配管の欠陥を検出する処理装置と、画像表示手段とを含む配管検査装置において、
   前記処理装置は、配管の溶接部分の断面形状を設定してガイド波周波数に依存する第１の反射率を求める第１の手段と、前記配管の溶接部分の位置に出現する複数の反射波信号から第１の減衰信号を求める第２の手段と、欠陥として測定すべき第２の反射率を設定し前記第１の反射率で校正して第２の減衰信号を求める第３の手段と、前記超音波探触子から得られた反射波の大きさと前記第２の減衰信号とから欠陥と認定すると共に、そのときの第３の反射率を求める第４の手段と、第４の手段の第３の反射率から欠陥の大きさを得る第５の手段からなることを特徴とするガイド波検査装置。
6. 請求項５に記載のガイド波検査装置において、
   前記画像表示手段には、配管の溶接部分の断面形状とその設定値、ガイド波周波数と第１の反射率、反射波と減衰信号が表示されることを特徴とするガイド波検査装置。
7. 請求項５に記載のガイド波検査装置において、
   第１の手段では、溶接部分の断面形状として溶接部分の余盛を含む厚さと、余盛部の長さで設定し、前記画像表示手段に表示することを特徴とするガイド波検査装置。
8. 請求項５に記載のガイド波検査装置において、
   ガイド波周波数に依存する第１の反射率を振幅と周波数区間で定義し、溶接部分の余盛を含む厚さで振幅を定め、余盛部の長さで周波数区間を定めることを特徴とするガイド波検査装置。
9. 請求項５乃至請求項８のいずれかに記載のガイド波検査装置において、
   ガイド波周波数に対する反射率の特性上に複数の欠陥断面積比特性を有し、前記ガイド波周波数と、前記第３の反射率とから欠陥断面積比を求めることを特徴とするガイド波検査装置。

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